## PENGARUH VARIASI KUAT ARUS DAN POLARITAS TERHADAP
KEKUATAN SAMBUNGAN LAS PADA BAJA ASTM A36
Siswanto*, Asmadi**, Siti Zahara Nuryanti**, Yeny Pusvyta** *Mahasiswa Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas IBA **Dosen Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas IBA email: asmadi.lby@gmail.com

## ABSTRAK
Penelitian  ini  bertujuan  untuk  mengetahui  pengaruh  variasi  ampere  dan  polaritas  pengelasan  terhadap kekuatan tarik dan kekerasan las SMAW dengan dengan elektroda E6013 diameter 3.2 mm. Penelitian ini menggunakan bahan baja karbon rendah yang mengandung kadar C = 0,25 %, Mn = 0,4% Si = 0,4 %, Cr = 0,16 %, Ni = 0,3 %, Mo = 0,17 %, V = 0,17 %. Arus yang dipakai sebesar 100 A, 120 A dan 140 A serta polaritas  DCEP  dan  DCEN.  dengan  menggunakan  las  SMAW  AC/DC.  DCEP  yaitu  polaritas  terbalik, pemegang elektroda dihubungkan dengan kutub positif dan logam induk dihubungkan dengan kutub negatif sedangkan DCEN yaitu polaritas searah, pemegang elektroda dihubungkan dengan kutub negatif dan logam induk dihubungkan dengan kutub positif. Jenis kampuh yang digunakan adalah kampuh V dengan sudut 60 o . Spesimen dilakukan pengujian tarik dan kekerasan.  Kekuatan tarik sambungan las tertinggi terjadi pada pengelasan arus 100 A polaritas DCEP yaitu sebesar 48,75 kgf/mm 2 dan terendah pada arus 140 A polaritas  DCEN  yaitu  sebesar  43,11  kgf/mm 2 .  Tingkat  kekerasan  tertinggi  di  logam  las  terjadi  pada pengelasan arus 100 A DCEN yaitu sebesar 264,1 HV, dan terendah terjadi pada pengelasan arus 140 A DCEP yaitu sebesar 226,2 HV, Sesuai hasil penelitian dapat disimpulkan bahwa dengan variasi arus dan polaritas pengelasan dapat terjadi perubahan nilai kekerasan dan kekuatan tariknya
Kata kunci: Kuat Arus, polaritas, pengelasan SMAW, kekuatan tarik, kekerasan, Baja ASTM A36.

## 1. PENDAHULUAN

## 1.1. Latar Belakang
Dengan  kemajuan  teknologi  yang  semakin  pesat,  telah  diciptakan  suatu  alat  yang  bisa menampung atau menyimpan suatu fluida bertekanan tinggi, baik berupa cairan, uap air, atau gas yaitu bejana tekan. Bejana tekan telah digunakan secara luas untuk berbagai aplikasi industri yang mencakup  bahan  kimia,  farmasi,  uap  panas,  minyak,  bahan  bakar  dan  lainnya  dengan  tingkat tekanan yang tinggi. Maka proses desain dan produksi suatu bejana tekan merupakan faktor utama dalam penggunaan bejana tekan, material bejana tekan itu sendiri terbuat dari berbagai macam jenis  material  diantaranya  adalah  berasal  dari  baja  karbon  rendah  ASTM  A36  yang  dibentuk melalui proses rolling menjadi tabung penampungan dan menggunakan metode pengelasan untuk penyambungannya.
Di  samping  untuk  pembuatan,  proses  las  dapat  juga  dipergunakan  untuk  perbaikan misalnya  untuk  menutup  bagian-bagian  pada  kontruksi  pemesinan  yang  retak  atau  patah, mempertebal  bagian-bagian  yang  sudah  aus  karena  gesekan  dan  macam-macam  perbaikan lainnya.  Selain  tujuan  utama  dari  pengelasan  ialah  untuk  perbaikan  dan  pembuatan  kontruksi pemesinan,  dalam  perancangan  kontruksi  pengelasan  harus  memperhatikan  kesesuaian  sifat mekanik yang diinginkan dari hasil pengelasan itu sendiri agar mampu menciptakan sambungan las yang baik dan memenuhi standarnya.
Berdasarkan definisi dari Deutche Industrie Normen (DIN) [1] las adalah ikatan metalurgi pada sambungan logam atau logam paduan yang dilaksanakan dalam keadaan lumer atau cair. Dari definisi tersebut dapat dijabarkan lebih lanjut bahwa las adalah sambungan setempat dari beberapa  batang  logam  dengan  menggunakan  energi  panas.  Pada  waktu  ini  telah  banyak digunakan pengelasan termasuk pengelasan yang dilaksanakan dengan hanya menekan dua logam
yang disambung sehingga terjadi ikatan antara atom-atom atau molekul-molekul dari logam yang disambungkan.

## 1.2. Rumusan Masalah
Adanya kegagalan pada sifat mekanik dan cacat pada pengelasan yang dilakukan terhadap material dan kontruksi pengelasan dikarenakan salah satunya akibat kesalahan pemilihan besaran ampere dan polaritas, maka dari itu peneliti melakukan penelitian pengaruh variasi ampere dan polaritas yang digunakan untuk pengelasan pada material bejana tekan yaitu baja karbon ASTM A36.

## 1.3. Tujuan penelitian
Adapun tujuan dari penelitian yaitu:
1) Untuk  menetukan  pada  arus  dan  polaritas  berapa  material  yang  akan  dilas  akan menghasilkan seifat mekanik yang baik.
2) Untuk  menganalisa  perbedaan  kekuatan  tarik  dan  kekerasan  dari  variasi  arus  dan polaritas pengelasan.

## 2. TINJAUAN PUSTAKA

## 2.1. Pengelasan
Berdasarkan definisi dari Deutche Industrie Normen (DIN)[1]. las adalah ikatan metalurgi pada sambungan logam atau logam paduan yang dilaksanakan dalam keadaan lumer atau cair.  Dari definisi tersebut dapat dijabarkan lebih lanjut bahwa las adalah sambungan setempat dari beberapa batang  logam  dengan  menggunakan  energi  panas.  Pada waktu ini telah banyak jenis pengelasan termasuk  pengelasan  yang  dilaksanakan  dengan  hanya  menekan  dua  logam  yang  disambung sehingga terjadi ikatan antara atom-atom dari logam yang disambungkan. Prosedur pengelasan kelihatannya  sangat  sederhana,  tetapi  sebenarnya  di  dalamnya  banyak  masalah-masalah  yang harus diatasi di mana pemecahannya memerlukan  bermacam-macam pengetahuan. Karena itu dalam pengelasan, pengetahuan harus turut serta mendampingi praktek. Secara lebih terperinci dapat dikatakan bahwa dalam perancangan konstruksi bangunan dan mesin dengan sambungan las, harus direncanakan pula tentang cara pengelasan, cara pemeriksaan, bahan las dan jenis las yang akan dipergunakan, berdasarkan fungsi dari bagian-bagian mesin yang dirancang[1].

## 2.2. Klasifikasi Pengelasan
Sampai saat ini banyak sekali cara-cara pengklasifikasian yang digunakan dalam bidang las, ini disebabkan karena belum adanya kesepakatan dalam hal tersebut.  Secara Konvesional cara-cara tersebut pada waktu ini dapat dibagi dalam dua golongan, yaitu klasifikasi berdasarkan cara kerja dan klasifikasi berdasarkan energi yang digunakan.
Di antara kedua cara klasifikasi tersebut, kelihatannya klasifikasi berdasarkan cara kerja lebih  banyak  digunakan,  berdasarkan  klasifikasi  ini  pengelasan  dapat  dibagi  dalam  tiga  kelas utama yaitu:
1) Pengelasan cair adalah cara pengelasan di mana sambungan dipanaskan sampai mencair dengan sumber panas dari busur listrik atau semburan api gas yang terbakar.
2) Pengelasan tekan adalah cara pengelasan di mana sambungan dipanaskan dan kemudian ditekan hingga menjadi satu.
3) Pematrian  adalah  cara  pengelasan  di  mana  sambungan  diikat  dan  disatukan  dengan menggunakan  paduan  logam  yang mempunyai  titik  cair  rendah.  Dalam  cara ini logam induk tidak turut mencair.
Dalam suatu pengelasan terdapat bermacam macam proses dan jenisnya, berikut macam- macam proses dan jenis pengelasan:

## 2.3. Las Busur Listrik SMAW (Shielded Metal Arc Wilding)
Las  busur  SMAW  ( Shielded Metal  Arc  Welding )  adalah  salah  satu  pengelasan  yang menggunakan loncatan elektron ( bususr listrik ) sebagai sumber panas untuk pencairan. Suhu busur dapat mencapai 3300 o C, jauh diatas titik lebur baja, sehingga dapat mencairkan baja secara serta merta ( instant ).
SMAW  dapat  menggunakan  arus  bolak-balik  (  AC  =  alternating current )  maupun  arus searah  (  DC  = direct  current ).  Terdapat  dua  jenis  polaritas  untuk  pengelasan  SMAW  yakni polaritas lurus yang lazim disebut DCEN ( direct current electrode negative ) dimana elektroda bermuatan negatif dan bahan induk bermuatan positif, serta polaritas terbalik yang lazim disebut DCEP ( direct current electrode positive ) dimana elektroda .bermuatan positif dan bahan induk bermuatan negatif [2].
Gambar 2.1 Skema Proses Las SMAW[2].

## 2.4. Arus (Ampere) Pengelasan
Amper merupakan variable las yang sangat mempengaruhi pelaksanaan las karena variable ini  mengendalikan  laju  deposi  bahan  las,  kedalaman  penetrasi,  dan  jumlah  bahan  induk  yang tercairkan. Apabila arus terlalu tinggi pada suatu pengelasan las tertentu, penetrasi atau fusi akan terlalu dalam karena pengelasan cenderung menembus bahan induk. Arus yang terlalu tinggi juga menyebabkan  pemborosan  pada  konsumsi  elektroda  akibat  penguat  las  berlebihan  ( excessive reinforcement ). Hal ini juga akan juga akan meningkatkan pengkerutan dan menyebabkan distorsi hebat,  apabila  amper  terlalu  rendah  akan  terjadi  penetrasi  tidak  sempurna  ( inadequate penetration ) atau fusi tidak sempurna ( incomplete fusion ). [11]
Besar kecilnya ampere las terutama tergantung pada besarnya diameter elektroda  dan  tipe  elektroda.  Kadang  kala  juga  terpengaruh  oleh  jenis  bahan yang  dilas  dan  oleh  posisi  atau  arah  pengelasan.  Biasanya  pabrik  pembuat  elektroda mencantumkan tabel variabel penggunaan arus las yang di sarankan pada bagian luar kemasan elektroda  untuk  memudahkan  juru  las  dalam  menentukan  arus  pengelasan  yang  baik  dalam pengelasan secara umum.
Gambar 2.2 Tegangan Pada Hasil Pengelasan. [9]
Luas daerah P1 dan P2 dianggap sama, sehingga A1 = A2. Untuk kondisi kesetimbangan, gaya-gaya yang terjadi pada logam induk (F 2 ) harus sama dengangaya-gaya yang terjadi pada logam las (F 1 ) tetapi berlawanan arah.
F 1 = - F 2 𝜎 1. A = - 𝜎 2. A……………………………(2.9)
Gaya yang terjadi akibat penyusutan di logam induk ada dua buah karena daerah logam induk yang dianalisa berada dikiri dan kanan logam las, maka:
𝜎 1 . A 1 = -2. 𝜎 2 . A 2 …………………………………………………….(2.10)
Karena A 1 = A 2 :
𝜎 1 = -2 . 𝜎 2 ……………………………………………………………..(2.11)
Daerah logam las ( 𝜎 1. ) terjadi tegangan tarik (karena bernilai positif), sedangkan tegangan yang terjadi disebelah logam las dalam hal ini logam induk ( 𝜎 2 ) adalah tegangan tekan. Daerah yang semakin jauh dari logam las akan mengalami tegangan semakin kecil karena pengaruh beda temperatur yang makin kecil.
Gambar 2.3 Tegangan Pada Hasil Pengelasa

## 3. METODOLOGI PENELITIAN

## Gambar 3.1. Diagram Alir Penelitian

## 3.1. Bahan
Spesifikasi material yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:
1) Bahan yang digunakan adalah plat baja STM A36 dengan tebal 11.5 mm.
2) Elektroda yang digunakan adalah jenis AWS E 7016 diameter 2.8 mm Tabel 3.1  Komposisi Kimia Kawat Las AWS E 7016 Komposisi Kimia C (%) Mn (%) Si (%) P (%) S (%) Spesifikasi ≤ 0.12 0.3-0.6% ≤ 0.35 ≤ 0.04 ≤ 0.035
Gamba 3.2. Dimensi Ukuran Kampuh V Tunggal.

## 3.2. Pembuatan Spesimen Uji Tarik .
Adapun sebagai hasil pembanding dalam pengujian tarik ini dilakukan pengujian dengan standar yang menggunakan ASTM E8/E8M yang sebenarnya dalampembuatan spesimen hanya dilakukan seperti pengujian tarik pada logam-logam yang tanpa menerima perlakuan apapun.
Gambar 3.2 Dimensi Ukuran Spesimen Uji Tarik.

## 4. PENGOLAHAN DATA DAN PEMBAHASAN

## 4.1. Data Masukan Panas (Heat Input)
Heat input untuk variasi arus 100 A dan polaritas DCEP:
HI ( Heat Input ) = η x V x I W ( Kec.Pengelasan )
Diketahui: η
= 85 % (0,85)
V = 24 volt I
= 100 ampere
Waktu pengelasan = 47,82 s Panjang yang dilas = 150 mm Maka, W = Panjang lasan / Waktu pengelasan = 150 mm / 47,82 s = 3,14 mm/s Jadi, kecepatan pengelasan = 3.14 mm/s
HI ( Heat Input ) = 0,85 x 24 x 100 3, 14 = 649,68  (j/mm)
Dari perhitungan data diatas dapat kita ketahui masukan panas pada pengelasan variasi arus 100 A dan polaritas DCEP sebesar 649,68 j/mm. Dibawah ini dapat kita lihat tabel keseluruhan perhitungan data heat input untuk seluruh variasi
Tabel 4.1 Data Keseluruhan Heat Input Pengelasan
Variasi Ampere Polaritas  Efisiensi (%) Tegangan (V) Waktu Pengelasan (s) Panjang Lasan (mm) W (mm/s) Heat Input (J/mm) 100A DCEP 85 24 47,82 150 3,14 649,68 120A 31,77 4,72 518,64 140A 23,81 6,29 454,05 100A DCEN 49,8 3,01 677,74 120A 35,52 4,22 580,09 140A 25,51 5,88 485,71

## 4.2. Laju Pendingginan

## A. Hasil Laju Pendingginan
Daerah  hasil  pengelasan  mengalami  pemanasan  berbeda  dan  selama  proses pendinginan laju  pendinginan  masing-masing  titik  juga  berbeda  .  struktur mikro dimasing  -  masing  daerah memiliki karateristik berbeda tergantung pada laju pendinginan yang di alaminya .
Tabel. 4.2. Data Keseluruhan Laju Pendinginan Terhadap Waktu.
No Variasi Ampere dan Polaritas T 1 ( o C ) T 2 ( o C ) t ( s ) 1 100 A DCEP 827 500 9.29 2 120 A DCEP 984 500 12.9 3 140 A DCEP 1032 500 17 4 100 A DCEN 808 500 8.79 5 120 A DCEN 884 500 11.59 6 140 A DCEN 973 500 14.87
Data laju pendinginan yang ada di tabel  atas pada variasi elektroda E7015 sebesar 827 o C sampai suhu 500 o c Waktu pendingginanya 9.29 s. Maka kita bisa membaca laju pendinginan di diagram CCT.
Gambar 4.1. Diagram Laju Pendinginan.
Diagram  CCT  merupakan  diagram  temperatur  vs  waktu  yang  bermanfaat  untuk memprediksi struktur mikro dan harga kekerasan dibawah laju pendinginan tertentu pada gambar diagram  diatas  dimulai  dari  0  detik  dan  temperatur  827 o C  sampai  9,29  detik  dan  suhu  500 o C struktur baja masih pada fasa austenit. Struktur baja yang berubah terjadi pada pengelasan dengan arus 140 A untuk polaritas DCEP karena waktu pendinginan menuju suhu 500 o C berlangsung selama 14,7 detik dimana fasa ini sudah memasuki tranformasi ferrit start .

## B. Hasil dan Pembahasan Pengujian Tarik.
Hasil  akhir  rata-rata  yang  diperoleh    dapat  dilihat  dalam  bentuk  grafik  yang ditunjukkan pada gambar dibawah ini yang menggunakan standar pengujian ASME IX. Pengelasan  dengan  variasi  arus  100  A  dan  polaritas  DCEP  memilki  kekuatan  tarik maksimal sebesar 48,75 kg/mm 2 . Semua bahan yang dilas mengalami deformasi sebelum patah,  ini  menunjukkan  bahwa  laju  pendinginan  yang  cepat  dengan  arus  yang  rendah menghasilkan  pembentukan  struktur  yang  cepat.  Grafik  diatas  diperoleh  nilai  yang cenderung  menurun  ketika  arus  pengelasan  yang  dipakai  semakin  tinggi,  akan  tetapi didalam  metode  pengujian  ini  tidak  dilakukannya  uji  NDT  memungkinkan  pada pengelasan dengan arus yang tinggi menyebabkan cacat pengelasan seperti undercut dan crack .
Gambar 4.2. Grafik Perbandingan Uji Tarik dan Kekerasan Logam Las.
Metode  pengujian  dengan  standar  ASME  IX  yang  mengharuskan welder memiliki kualifikasi 4G untuk pengelasan plat dan 6G untuk pengelasan pipa menurut standar ASME IX adalah faktor essensial .
Maka dari hasil grafik diatas dapat kita analisa bahwa semakin besar Arus yang digunakan pada  pengelasan plat  ASTM  A36, maka semakin  kecil kuat tarik yang  dihasilkan  dikarenakan pengaruh ampere yang  tinggi  menghasilkan  kecepatan  pengelasan  dan  panas  yang  tinggi mengakibatkan  laju  pendinginan  yang  lambat  serta  tidak  dilakukannya  pengujian  NDT kemungkinan cacat yang terjadi pada arus yang tinggi menyebabkan kekuatan tariknya menurun.
49 46,47 43,25 46,22 44,81 43,11 241,7 247,7 253,7 244,2 246,7 250,6 234 236 238 240 242 244 246 248 250 252 254 256 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 100 A DCEP 120 A DCEP 140 A DCEP 100 A DCEN 120 A DCEN 140 A DCEN N ilai Uj i K e ke rasan ( H VN )
N ilai Uj i Tar ik ( kg/m m 2) Uji Tarik Uji Kekerasan

## C. Hasil  Pengujian Kekerasan
Hasil pengujian kekerasan yang didapat variasi ampere dan polaritas pengelasan yang telah di hitung pada bab 4 dan lampiran hasil uji kekerasan dapat kita lihat dalm bentuk grafik yang memperlihatkan batas haz dan logam induk, pengujian ini dilakukan sepanjang area benda kerja untuk  mengetahui  batas  batas  metalurgi  las  seperti  HAZ,  logam  las  dan  logam  indu  seperti dibawah ini.

## Gambar 4.3. Grafik nilai kekerasan Arus 100 A DCEP
Berdasarkan  grafik  diatas  pengujian  kekerasan  yang  dilakukan  pada  bahan  uji  dengan pengelasan mengunakan arus 100 A 120 A dan 140 A kedua polaritas akan tampak jelas batas panjang  area  logam  las,  HAZ  dengan  batas  logam  induk.  Pada  daerah  HAZ  luas  batas  HAZ terlihat lebih luas jika arus yang dipakai semakin tinggi dan batas kekerasan pada logam las akan semakin  kecil  dikarenakan  suhu  pengelasannya  yang  tinggi,  nilai  kekerasan  HAZ  meningkat dibandingkan dari logam induk dikarenakan terpengaruh oleh besarnya panas yang masuk akibat waktu pengelasan yang lambat pada logam induk yang dihasilkan sewaktu pengelasan, sehingga menyebabkan berubahnya butir-butir kristal yang berkembang menjadi besar atau kasar. Daerah batas  HAZ  dan  logam  induk  inilah  yang  biasanya  akan  menjadi  titik  terlemah  jika  dilakukan pengujian tarik.

## 5. KESIMPULAN
1) Nilai kekuatan tarik tertinggi terdapat pada variasi pengelasan arus 100 A polaritas DCEP sebesar 48,75 kgf/mm 2 dan akan menurun kekuatan tariknya dengan bertambahnya arus. Untuk  sifat  kekerasan  yang  tinggi  terdapat  pada  variasi  arus  140  A  polaritas  DCEN sebesar 253,7 HVN.
2) Polaritas  DCEN  cenderung  menghasilkan  kuat  tarik  yang  lebih  rendah  dibandingkan dengan  polaritas  DCEP  akan  tetapi  menghasilkan  kekerasan  yang  ringgi.  Hal  ini disebabkan  oleh  penetrasi  saat  pengelasan  yang  dangkal  sehingga  kemungkinan terjadinya cacat pengelasan sangat tinggi pada saat menggunakan ampere rendah dengan polaritas DCEN.
0 50 100 150 200 250 300 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 40 42 44 46 48 50 H VN Grafik nilai kekerasan Arus 100 A DCEP Series 1 Series 2 Series 3 HAZ
HAZ Logam las Logam Induk Logam Induk

## DAFTAR PUSTAKA
H. Wiryosumarto, Teknologi Pengelasan Logam , 3rd ed. jakarta: Pradnya Paramita, 2000.
H. Sonawan, Pengantar Untuk Memahami Proses Pengelasan Logam , 3rd ed. Bandung:
Alfabeta, 2003.
Sunari, Teknik Pengelasan Logam , 1st ed. jakarta: Ganeca Exact, 2007.
S. Widharto, Welding Inspection , 1st ed. jakarta: Mitra Wacana Media, 2013.